铅铸型机用扒渣机的设计及其动力学分析

摘要

在电铅精炼生产过程中，逐模扒渣是其中的一道重要工序。目前国内外的电铅生产行业中都是采用人工方式完成这道工序。由于必须近距离接触铅液，高温环境、高劳动强度、铅蒸气以及爆模飞溅严重危害了工人的健康。为解决电铅冶炼行业的上述问题，本文以扒渣作业自动化为目标，对全自动铅锭扒渣机的开发进行了较系统的研究。 首先制定了扒渣机的总体设计方案，提出了平钢网滤捞铅渣的方案，设计了新型气动复合平面运动机构，通过单缸驱动实现捞网边缘水平扫掠液面，铲面斜入平出的方式捞取铅渣。扒渣动作的平稳与准确到位是该设备的关键技术问题，为确保机构在运动过程中铲端速度稳定，本文运用气动系统动力学和连杆机构运动学的方法建立了扒渣机气动系统和机构的动力学模型，并用MATLAB对该模型进行数值求解，然后进行扒渣运动性能试验。根据仿真和试验结果，表明气动系统机械特性软是气动扒渣机构运动性能特别是运动平稳性不佳的主要原因。针对上述问题，提出了用气液联动系统驱动的改进方案，并建立了改进后系统的动力学数学模型，经过仿真计算和试验分析，证明该方案扒渣速度平稳，特别是在低速下运动平稳速度均匀，可无级调速，能够满足实际应用要求。为确保扒渣动作准确到位，即在扒渣过程中，铲边运动轨迹逼近水平直线，铲面由斜至平平稳过渡，本文运用ADAMS软件，用其中的试验设计功能对杆件参数进行优化，得到了更为理想的机构参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1电铅浇注生产背景

1.2电铅生产中扒渣作业的现状及扒渣机研制的意义

1.3国内外冶炼行业扒渣机应用现状

1.3.1铁水扒渣机

1.3.2铝铸型机用扒渣机

1.3.3日本契岛冶炼厂的铅扒渣机

1.3.4各类扒渣机工作方案比较

1.4课题的主要研究内容和方法

1.5本章小结

第二章13吨电铅铸型机用扒渣机的总体设计

2.1铅锭扒渣机的设计目标与技术要求

2.2铅锭扒渣机主要机构的设计

2.2.1扒渣机构的设计

2.2.2摆杆式同步机构的设计

2.3铅锭扒渣机布局及工作过程

2.4铅锭扒渣机的总体运动性能

2.5本章小结

第三章扒渣机气动系统驱动力模型的建立与分析

3.1气动系统的相关理论及基本假设

3.1.1相关理论

3.1.2基本假设

3.2气动系统数学模型的建立

3.2.1计算进排气管道系统的有效面积

3.2.2建立气动系统动力学方程

3.2.3气动系统驱动力模型分析

3.3气液联动系统的数学模型

3.3.1液压节流阀的流量特性

3.3.2气液联动系统的驱动力模型

3.4本章小结

第四章扒渣机构动力学模型

4.1单自由度系统动力学建模方法

4.2等效力矩的确定

4.2.1计算等效力矩的各分量

4.2.2相关参数的确定

4.2.3扒渣机构负载特性分析

4.3等效转动惯量的确定

4.4等效构件的运动方程

4.5本章小结

第五章扒渣机构动力学仿真及设备性能试验

5.1机构动力学方程求解方法

5.2仿真结果分析

5.2.1普通双作用气缸驱动的动力学仿真结果及分析

5.2.2气液联动缸驱动的动力学仿真结果及分析

5.3扒渣机的研制与性能试验

5.4本章小结

第六章扒渣机构参数优化及在ADAMS软件中的仿真

6.1 ADAMS软件的建模与求解方法

6.2现有机构的运动学特性

6.2.1建立扒渣机构的虚拟样机模型

6.2.1捞渣铲端点的位移特性及捞渣轨迹

6.2.2驱动部件为双作用气缸时不同工况下机构的运动学仿真

6.2.3驱动部件为气-液联动缸时不同工况下机构的运动学仿真

6.3机构参数优化

6.3.1优化思路及方法

6.3.2局部优化过程及结果

6.4本章小结

全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果